鉛、鋅冶煉行業(yè)作為我國冶金行業(yè)的重要組成部分，冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的三廢問(wèn)題值得高度關(guān)注，國家也對鉛、鋅工業(yè)污染物排放制定了GB25466-2010《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標準》。企業(yè)一直將重金屬含量是否達標作為外排水的重要依據，隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，廢水排放指標越來(lái)越多，要求越來(lái)越嚴，除了重金屬元素要達到排放標準外，廢水中的氨氮含量也要得到嚴格控制。水體中過(guò)量的氨氮會(huì )造成水體富營(yíng)養化、降低水體溶氧、反應產(chǎn)生致癌物質(zhì)、破壞生態(tài)平衡等危害，所以嚴格控制廢水中的氨氮含量迫在眉睫。

前人已對去除廢水中的氨氮做了大量研究，主要分為四大類(lèi)：化學(xué)法，如折點(diǎn)氯化法、磷酸銨鎂沉淀法、電化學(xué)氧化法；物理法，如分子篩離子交換法、吹脫法；生物法，如生物硝化與反硝化法；新興氨氮去除技術(shù)，如氯/紫外聯(lián)合氧化技術(shù)"、超聲吹脫組合工藝。針對不同類(lèi)型的廢水需采用不同的氨氮處理工藝，筆者針對郴州某冶煉廠(chǎng)所產(chǎn)生的酸性廢水進(jìn)行氨氮去除處理，在不改變現有工藝路線(xiàn)的基礎上，對現有工藝條件進(jìn)行改進(jìn)，以確保外排水能夠穩定達標排放，減少返回二次處理，節約生產(chǎn)成本。

1、氨氮去除的影響因素

試驗所處理的廢水為郴州某冶煉廠(chǎng)產(chǎn)生的酸性廢水，采用車(chē)間原工藝處理，工藝流程為三段處理法：一段采用石灰乳調節酸性廢水pH值至10，攪拌30min后壓濾；二段加入硫化鈉和生物制劑，用石灰乳調節酸性廢水pH值至9后壓濾；三段加入生物制劑和穩定劑，然后用石灰乳調節pH值至7左右，攪拌30min后壓濾，壓濾廢水合格則外排。原工藝重金屬含量能夠達標，但氨氮含量有時(shí)需要返回一段進(jìn)行二次處理才能達標，故試驗主要研究對象為氨氮含量，暫不考慮其他指標。試驗所取酸性廢水原液氨氮質(zhì)量濃度為50mg/L。

1.1 pH值

在反應時(shí)間為30min、反應溫度為85℃、不曝氣的條件下，改變pH值對酸性廢水進(jìn)行處理。pH值與酸性廢水氨氮含量的關(guān)系見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出：酸性廢水中氨氮含量隨著(zhù)pH值的升高出現快速下降。這是由于氮在水體中以氨態(tài)氮形式存在最為常見(jiàn)，而NH在堿性條件下不穩定可以生成NH3，隨著(zhù)堿性增強，酸性廢水中氨氮含量降低。根據試驗結果，結合現有生產(chǎn)條件選擇最佳pH值為10。

1.2 反應時(shí)間

在反應溫度為85℃、pH值為10、不曝氣的條件下，改變反應時(shí)間對酸性廢水進(jìn)行處理。反應時(shí)間與酸性廢水氨氮含量的關(guān)系見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出：反應前30min，氨氮含量出現快速下降，從30min到60min氨氮含量變化較小，說(shuō)明酸性廢水中的氨氮在前30min基本反應完全?？紤]到時(shí)間成本，選擇反應30min最佳。

1.3 曝氣時(shí)間

在反應溫度為85℃、pH值為10、反應時(shí)間為30min的條件下，用實(shí)驗室小型氣泵插入到反應裝置底部進(jìn)行曝氣，氣泵流量為60L/min。曝氣時(shí)間與酸性廢水氨氮含量的關(guān)系見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出：增加曝氣后，隨著(zhù)曝氣時(shí)間的延長(cháng)，酸性廢水中的氨氮含量又得到進(jìn)一步下降。這類(lèi)似于吹脫法除去廢水中的氨氮，吹脫法的原理是將溶液調至堿性，使銨離子轉化為游離氨，再利用氣體為載體，將其與液相分離。試驗中采用空氣作為載體，既起到吹脫作用，又有部分氧化作用，使得酸性廢水中的氨氮更快、更完全地釋放出來(lái)，強化脫除氨氮的效果。

1.4 反應溫度

在pH值為10、反應時(shí)間為30min的條件下，結合生產(chǎn)情況，選擇30，45，65，85和95℃對酸性廢水進(jìn)行處理。在不曝氣的情況下，反應溫度與酸性廢水中氨氮含量的關(guān)系見(jiàn)圖4。曝氣30min，反應溫度與酸性廢水中氨氮含量的關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖4和圖5中均出現氨氮含量隨著(zhù)反應溫度的升高而快速下降的現象，由此可見(jiàn)溫度是影響氨氮處理效果的重要因素。隨著(zhù)反應溫度的升高，酸性廢水中分子運動(dòng)更劇烈，溶液處于不穩定不平衡狀態(tài)，而NH4+在堿性條件下不穩定可以生成NH3，酸性廢水溫度升高，體系能量上升，為NH4+轉化為NH3提供動(dòng)力，導致酸性廢水中更多的NH4+轉化為NH3，使得酸性廢水中氨氮含量下降。對比圖4和圖5可以明顯看到，同一溫度下，曝氣和不曝氣對氨氮含量的影響也很大，增加曝氣后，酸性廢水中的氨氮含量明顯低于不曝氣的情況，說(shuō)明曝氣起到了吹脫氨氮的作用。綜上，最優(yōu)反應條件為升高溫度的同時(shí)進(jìn)行曝氣，溫度控制在85℃最佳，繼續升溫雖然還能進(jìn)一步降低酸性廢水中氨氮含量，但升溫的成本也會(huì )增加。

2、不同工藝條件對比

2.1 原有工藝

該企業(yè)原有酸性廢水處理工藝流程見(jiàn)圖6。

圖6中所示生物制劑和穩定劑為中南大學(xué)科研團隊研制，主要作用為去除酸性廢水中的重金屬和鉈。酸性廢水經(jīng)過(guò)三段處理后重金屬含量均基本達標，氨氮含量偶爾會(huì )超標，超標的廢水需返回一段進(jìn)行二次處理，直至各項指標均合格后再排放。為了使氨氮含量能夠穩定持續地達標、減少二次處理的次數、節約生產(chǎn)成本，在原有工藝路線(xiàn)不改變的情況下，根據上述影響氨氮含量相關(guān)因素的研究結果進(jìn)行工藝參數的調整。

2.2 工藝參數對比

根據研究發(fā)現，反應溫度、pH值及曝氣時(shí)間對氨氮去除效果的影響較大，技術(shù)人員結合原有工藝路線(xiàn)，提出6種工藝參數的調整方案，并進(jìn)行酸性廢水中氨氮含量的對比，確定最優(yōu)的參數。不同方案測定的酸性廢水氨氮含量結果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，在不改變原有工藝路線(xiàn)的情況下，對相關(guān)參數進(jìn)行調整，結果相差甚大。方案二和方案三是在不改變一、二段處理條件的情況下，將三段的反應溫度升至85℃進(jìn)行的對比試驗。從試驗數據來(lái)看，三段升溫不調節pH值處理后的酸性廢水中氨氮含量有明顯下降，最終效果和方案一相差不大；三段升溫同時(shí)調節pH值處理后的酸性廢水中氨氮含量明顯優(yōu)于升溫不調節pH值工藝，氨氮去除率達到92%，效果較好，但會(huì )導致三段處理后的酸性廢水pH值過(guò)高，達不到外排標準。

方案四至六是在不改變二段處理條件的情況下，對一段和三段的反應溫度、pH值進(jìn)行調整的對比試驗。從試驗結果來(lái)看，方案六的氨氮去除效果略?xún)?yōu)于方案五，明顯優(yōu)于方案四，且末端回調pH值不會(huì )影響三段處理后酸性廢水中的氨氮含量。

方案四至六是在不改變二段處理條件的情況下，對一段和三段的反應溫度、pH值進(jìn)行調整的對比試驗。從試驗結果來(lái)看，方案六的氨氮去除效果略?xún)?yōu)于方案五，明顯優(yōu)于方案四，且末端回調pH值不會(huì )影響三段處理后酸性廢水中的氨氮含量。

根據GB25466-2010，氨氮(p)要低于8mg/L才能達標排放。穩妥起見(jiàn)，選擇方案六的工藝參數最佳，結合氨氮去除影響因素的研究結論，在方案六的基礎上加曝氣更能保證氨氮含量達標。因此最終選擇的酸性廢水氨氮處理的工藝路線(xiàn)為：一段升溫至85℃，二段處理條件不變，三段升溫至85℃、調節pH值至10、曝氣30min，最終用少許硫酸回調濾液的pH值至7~8，可使酸性廢水中氨氮(P)從50mg/L降至3mg/L。

3、結論

該企業(yè)的酸性廢水除氨氮試驗可以得出以下結論：

1)調節廢水的pH值至10，反應時(shí)間為30min，升溫至85℃，外加曝氣30min，酸性廢水中氨氮去除率能達到92%。

2)最優(yōu)工藝路線(xiàn)為：一段升溫至85℃，二段處理條件不變，三段升溫至85℃、調節pH值至10、曝氣30min，最終用少許硫酸回調的pH值至7~8，可使酸性廢水中氨氮(p)從50mg/L降至3mg/L。

在污染物達標排放的同時(shí)減少資金投入是企業(yè)一直重點(diǎn)關(guān)注的方向。對該企業(yè)來(lái)說(shuō)，在不改變原有酸性廢水處理工藝路線(xiàn)的基礎上，利用該企業(yè)自產(chǎn)的硫酸和蒸汽，調節酸性廢水處理的反應溫度和pH值，不需另外投資購買(mǎi)設備、材料，減少了運行成本，去除氨氮的效果明顯且穩定，減少了酸性廢水二次處理的成本和風(fēng)險。（來(lái)源：郴州市產(chǎn)商品質(zhì)量監督檢驗所，國家石墨產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心，國家有色貴重金屬產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心(湖南)）